Автомобили

Загрязнение автотранспортом окружающей среды и состав отработавших газов

По сравнению с другими видами транспорта автомобильный транспорт наиболее агрессивен по отношению к окружающей среде. Он является мощным источником ее химического (поставляет в окружающую среду громадное количество ядовитых веществ), шумового и механического загрязнения. Следует подчеркнуть, что с увеличением автомобильного парка уровень вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду интенсивно возрастает. Так, если в начале 1970-х гг. доля загрязнений, вносимых в атмосферу автомобильным транспортом, в среднем составляла 13 %, то в настоящее время она достигла 50 % и продолжает расти. А для городов и промышленных центров доля автотранспорта в общем объеме загрязнений значительно выше и доходит до 70 % и более, что создает серьезную экологическую проблему, сопровождающую урбанизацию.

В автомобилях имеется несколько источников токсичных веществ, основными из которых являются три (рис. 1): отработавшие газы (CO, CH, NOx и др.), картерные газы и топливные испарения (CH).

Наибольшая доля химического загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом приходится на отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания.

Источники образования токсичных выбросов

Рис. 1. Источники образования токсичных выбросов: 1—картерные газы; 2 — топливные испарения; 3 — отработавшие газы

Теоретически при полном сгорании топлива в результате взаимодействия углерода и водорода (входят в состав топлива) с кислородом воздуха образуется углекислый газ и водяной пар. Реакции окисления при этом имеют вид:

Практически же вследствие физико-механических процессов в цилиндрах двигателя действительный состав отработавших газов очень сложный и включает более 200 компонентов, значительная часть которых токсична (табл. 1).

Таблица 1. Основные компоненты отработавших газов автомобильных двигателей

Компоненты Двигатель
бензиновый дизельный
Азот N, % объема 74…77 76…78
Кислород O2, % объема 0,2…8,0 2…18
Пары воды Н2О, % объема 3,0…13,5 0,5…10,0
Углекислый газ СО2, % объема 5,0…12,0 1…12,0
Углеводороды, СН (суммарно), % объема 0,2…3,0 0,01…0,50
Угарный газ СО, % объема 0,1…10,0 0,01…0,30
Оксид азота NOx, % объема 0,0…0,6 0,005…0,200
Альдегиды, % объема 0,0…0,2 0,0…0,06
Оксиды серы (суммарно), % объема 0,0…0,003 0,0…0,015
Сажа, мг/м3 0,0…100 0,0…20 000
Бенз(а)пирен, мг/м3 0,0…25 0,0…10,0
Соединения свинца, мг/м3 0,0…60

К токсичным компонентам отработавших газов относятся: оксид углерода (угарный газ), углеводороды, оксиды азота и серы, альдегиды, сажа, бенз(а)пирен и соединения свинца. Различие в составе отработавших газов бензиновых и дизельных двигателей объясняется большим коэффициентом избытка воздуха α (отношение действительного количества воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, к количеству воздуха, теоретически необходимому для сгорания 1 кг топлива) у дизельных двигателей и лучшим распыливанием топлива (впрыск топлива).

Причиной образования оксида углерода CO и частично углеводородов является неполное сгорание углерода (массовая доля которого в бензинах достигает 85 %) из-за недостаточного количества кислорода. Поэтому концентрации оксида углерода и углеводородов в отработавших газах возрастают при обогащении смеси (α < 1). Диоксид углерода СО2 является не токсичным, но вредным веществом в связи с фиксируемым повышением его концентрации в атмосфере планеты и влиянием на изменение климата.

Основная доля образовавшихся в камере сгорания СО окисляется до СО2, не выходя за пределы камеры, так как замеренная объемная доля диоксида углерода в отработавших газах составляет 10…15 %, т.е. в 300–450 раз больше, чем в атмосферном воздухе.

Углеводороды — многочисленные соединения различного типа (например, C6H6 или C8H18), состоящие из исходных или распавшихся молекул топлива. Их содержание увеличивается не только при обогащении, но и при обеднении смеси (α > 1,15), что объясняется повышенным количеством непрореагировавшего (несгоревшего) топлива из-за избытка воздуха и пропусков воспламенения в отдельных цилиндрах. Образование углеводородов происходит также из-за того, что у стенок камеры сгорания температура газов недостаточно высока для сгорания топлива, поэтому здесь пламя гасится и полного сгорания не происходит. Наиболее токсичны полициклические ароматические углеводороды.

В дизельных двигателях легкие газообразные углеводороды образуются при термическом распаде топлива в зоне срыва пламени, в ядре и в переднем фронте факела, на стенках камеры сгорания и в результате вторичного впрыскивания (подвпрыскивания). Оксиды азота NOx представляют набор следующих соединений: N2О, NO, N2О3, NО2, N2О4 и N2O5. В отработавших газах автомобильных двигателей преобладает NO (99 % в бензиновых двигателях и более 90 % в дизелях). В камере сгорания NO может образовываться:

  • при высокотемпературном окислении азота воздуха (термический NО);
  • в результате низкотемпературного окисления азотсодержащих соединений топлива (топливный NO);
  • из-за столкновения углеводородных радикалов с молекулами азота в зоне реакций горения при наличии пульсации температуры (быстрый NO).

Оксиды серы образуются при сгорании серы, содержащейся в топливе по механизму, схожему с образованием СО.

Твердые частицы включают нерастворимые (твердый углерод, оксиды металлов, диоксид кремния, сульфаты, нитраты, асфальты, соединения свинца) и растворимые в органическом растворителе (смолы, фенолы, альдегиды, лак, нагар, тяжелые фракции, содержащиеся в топливе и масле) вещества.

Сажа (твердый углерод) является основным компонентом нерастворимых твердых частиц. В состав твердых частиц кроме сажи входят соединения серы, свинца.

Основными соединениями свинца в отработавших газах автомобилей являются хлориды и бромиды, а также (в меньших количествах) оксиды, сульфаты, фториды, фосфаты и некоторые их промежуточные соединения, которые при температуре ниже 370 °С находятся в виде аэрозолей или твердых частиц. Около 50 % свинца остается в виде нагара на деталях двигателя и в выхлопной трубе, остаток уходит в атмосферу с отработавшими газами. Большое количество соединений свинца выбрасывается в воздух при использовании этого металла в качестве антидетонатора. В настоящее время соединения свинца в качестве антидетонаторов не применяются.

Концентрацию токсичных компонентов в отработавших газах оценивают в объемных процентах, миллионных долях по объему (млн-1, т.е. частей на миллион, 10 000 ррm = 1 % по объему) и, реже, в миллиграммах на 1 л отработавших газов.

При отсутствии замкнутой вентиляции картера двигателя, а также испарения топлива из топливной системы источниками загрязнения окружающей среды автомобилями с карбюраторными двигателями являются картерные газы.

Автомобиль также является источником загрязнения воздуха пылью.

Растворенные в атмосферной влаге продукты сгорания автомобильного топлива — оксиды азота и серы — являются причиной выпадения кислотных дождей.

Автомобиль — сильный загрязнитель водоемов, подземных водных источников. Определено, что 1 л нефти может сделать непригодным для питья несколько тысяч литров воды.

Большой вклад в загрязнение окружающей среды вносят процессы ТО и ремонта подвижного состава, которые требуют энергетических затрат и связаны с большим водопотреблением, выбросом загрязняющих веществ в атмосферу, образованием отходов, в том числе токсичных (табл. 2).

При эксплуатации автомобилей образуются сточные воды. Состав и количество этих вод различны. Сточные воды возвращаются обратно в окружающую среду, главным образом в объекты гидросферы (реки, каналы, озера, водохранилища) и суши (поля, накопители, подземные горизонты и др.). В зависимости от вида производства сточными водами на предприятиях транспорта могут являться:

  • сточные воды от мойки автомобилей;
  • нефтесодержащие стоки от производственных участков (моющие растворы);
  • сточные воды, содержащие тяжелые металлы, кислоты, щелочи;
  • сточные воды, содержащие краску, растворители.

В процессе проведения малярных работ (методом пневматического распыления) 40 % лакокрасочных материалов поступает в воздух рабочей зоны. При проведении этих операций в окрасочных камерах, оборудованных гидрофильтрами, 90 % этого количества оседает на элементах самих гидрофильтров, 10 % уносится с водой. Таким образом, в сточные воды окрасочных участков попадает до 4 % израсходованных лакокрасочных материалов.

Таблица 2. Источники выделения и состав вредных веществ в производственных процессах на эксплуатационных и ремонтных предприятиях транспорта

Название зоны, участка, отделения Производственный процесс Используемое оборудование Выделяющиеся вредные вещества
Участок мойки подвижного состава Омывка наружных поверхностей Механическая мойка (моечные машины), шланговая мойка Пыль, щелочи, синтетические ПАВ, нефтепродукты, растворяемые кислоты, фенолы
Зоны ТО, участок диагностики ТО, диагностирование Подъемно-транспортирующие устройства, смотровые канавы, стенды, оборудование для замены смазки, комплектующих, система вытяжной вентиляции Оксид углерода, углеводороды, оксиды азота, масляный туман, сажа, пыль
Слесарномеханическое отделение Слесарные, расточные, сверлильные, строгальные работы Токарный, вертикально-сверлильный, строгальный, фрезерный, шлифовальный станки и др. Пыль абразивная, металлическая стружка, масляный туман, эмульсии
Электротехническое отделение Заточные, изолировочные, обмоточные работы Заточной станок, электролудильные ванны, оборудование для пайки, стенды испытаний Абразивная и асбестовая пыль, канифоль, пары кислот
Аккумуляторный участок Сборочно-разборочные и зарядные работы Ванны для промывки и очистки, сварочное оборудование, стеллажи, система вытяжной вентиляции Промывочные растворы, пары кислот, электролит, шламы, промывочные аэрозоли
Отделение топливной аппаратуры Регулировочные и ремонтные работы по топливной аппаратуре Проверочные стенды, специальная оснастка, система вентиляции Бензин, керосин, дизельное топливо, ацетон, бензол, ветошь
Кузнечнорессорное отделение Ковка, закалка, отпуск металлических изделий Кузнечный горн, термические ванны, система вытяжной вентиляции Угольная пыль, сажа, оксиды углерода, азота, серы, загрязненные сточные воды
Медницкожестяницкое отделение Резка, пайка, правка, формовка по шаблонам Ножницы по металлу, оборудование для пайки, шаблоны, система вентиляции Пары кислот, наждачная и металлическая пыль и отходы
Сварочное отделение Электродуговая и газовая сварка Оборудование для дуговой сварки, ацетилено-кислородный генератор, система вытяжной вентиляции Минеральная пыль, сварочный аэрозоль, оксиды марганца, азота, хрома, хлористый водород, фториды
Арматурное отделение Резка стекол, ремонт дверей, полов, сидений, внутренней отделки Электрический и ручной инструмент, сварочное оборудование Пыль, сварочные аэрозоли, древесная и металлическая стружка, металлические и пластмассовые отходы
Обойное отделение Ремонт и замена изношенных, поврежденных сидений, полок, кресел, диванов Швейные машины, раскройные столы, ножи для кройки и резки поролона Пыль минеральная и органическая, отходы тканей и синтетических материалов
Участок шиномонтажа и ремонта шин Разборка и сборка шин, ремонт покрышек и камер, балансировочные работы Стенды для разборки и сборки шин, оборудование для вулканизации, станки для динамической и статической балансировки Минеральная и резиновая пыль, сернистый ангидрид, пары бензина
Участок лакокрасочных покрытий Удаление старой краски, обезжиривание, нанесение лакокрасочных покрытий Оборудование для пневматического или безвоздушного распыления, ванны, сушильные камеры, система вентиляции Пыль минеральная и органическая, пары растворителей, аэрозоли красок, загрязненные сточные воды
Участок обкатки двигателей (для ремонтных предприятий) Холодная и горячая обкатка двигателя Стенд для обкатки, система вытяжной вентиляции Оксиды углерода, азота, углеводороды, сажа, сернистый ангидрид
Стоянки и места отстоя подвижного состава Перемещение единиц подвижного состава, ожидание Оборудованная площадка открытого или закрытого хранения То же

Ремонтные работы сопровождаются также загрязнением почвы, накоплением металлических, пластмассовых и резиновых отходов вблизи производственных участков и отделений.

В автотранспортных организациях (АТО) образуется также значительное количество промышленных отходов. Большая часть из них представляет собой вторичное сырье, которое целесообразно перерабатывать. Поэтому отслужившие аккумуляторы и шины, отработанные масла, пластические смазки, технические жидкости и другие отходы необходимо тщательно собирать и хранить в металлической таре на специально оборудованной для этого площадке, не допуская тем самым загрязнения ими ливневых вод и почвы. Объемы отходов не должны превышать значений, оговоренных в разрешении на их хранение, выданном АТО органами санитарно-эпидемиологического надзора. Их следует периодически вывозить в места утилизации или сдавать специализированным организациям, занимающимся сбором и переработкой вторичного сырья.

Таким образом, правильная организация работы с отходами на АТО позволяет решить сразу две важных задачи — снизить загрязнение окружающей среды и одновременно обеспечить качественное сырье для производства промышленных изделий и материалов, в том числе автомобильных (масла, аккумуляторы и др.).

Наряду с другими видами транспорта, промышленным оборудованием, бытовыми приборами автомобиль является источником искусственного шумового фона города, как правило, отрицательно воздействующего на человека. Перед населением современных городов возникает серьезная проблема борьбы с шумом, так как сильный шум не только ведет к потере слуха, но и вызывает психические расстройства. Опасность шумового воздействия усугубляется свойством человеческого организма накапливать акустические раздражения. Под действием шума определенной интенсивности возникают изменения в циркуляции крови, работе сердца и желез внутренней секреции, снижается мышечная выносливость.

Опасным является также инфразвук, т.е. звук с частотой менее 17 Гц. Его воздействие на организм вызывает сонливость, ухудшение остроты зрения и замедленную реакцию на опасность.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *